Francisco Mojica在西班牙阿利坎特大学的实验室里。 图片由阿利坎特大学提供。 W公司 当弗朗西斯科·莫吉卡（Francisco Mojica）25岁时，他在西班牙东南部一个旅游胜地海岸外的地中海地区追踪细菌，以此维持生计。 当时，他是阿利坎特大学的博士候选人，在那里他专注于一种比他在海洋中寻找的微生物更奇怪的微生物： 地中海卤虫 它是一种单细胞生物，在咸水中生长旺盛，几乎杀死了所有其他生物。 他说：“即使是海水也不够咸。”。
为了理解这种奇特的生物，莫吉卡、他的导师和另一名研究生正在对其基因组中的 H.地中海 DNA。 这是20世纪90年代早期的前人类基因组计划，即前现代基因组学，这是一项令人沮丧的工作。当Mojica发现DNA碱基的奇怪、断断续续的重复时，他认为他们不知怎么搞砸了。 “你不可能多次得到完全相同的序列！”他回忆道。
但每次Mojica和他的同事重复实验时，同样的模式——30个左右的碱基一遍又一遍地出现，被看似不相关的DNA长度分隔开——都会再次出现。 在图书馆阅读期刊文章时，Mojica了解到一个日本小组在 大肠杆菌 几年前。 尽管重复似乎与 H.地中海 由于对盐的偏爱，他在博士论文的末尾写了一章。 当他提交论文时，他无法停止思考。
答案似乎比他做梦都要奇怪和深刻。
没有多少人和他一样感兴趣。 从人类到古生菌，大多数微生物的基因组中都存在着无法解释的奇怪现象 H.地中海 属于。 甚至在转到其他主题后，Mojica仍然对以下事实着迷： 大肠杆菌 和 H.地中海 两者都有重复序列，重复序列之间的“间隔DNA”长度始终相同，尽管有各种不同的序列。 这些东西是干什么用的？
1994年，在两个短期仓位之间，他回到了这些单细胞的好奇，并在其中插入了重复序列和间隔符的额外副本 H.地中海 看看会发生什么。 细胞迅速死亡——“太神奇了！”他深情地回忆道，并写了一篇论文，建议额外的拷贝会干扰细胞正确繁殖的能力。 （他错了。）1997年他被阿利坎特大学聘为教师后，他试图看看同样的事情是否会发生在 大肠杆菌 也许重复序列在基因组中形成了蛋白质附着的小环？ （又错了。）“什么都没用，”他说。
尽管如此，在他开始工作的几年里，基因组测序变得容易多了。 到了21世纪初，其他人开始对引起Mojica兴趣的模式及其周围的基因感到好奇，包括哥本哈根大学的罗杰·加勒特、荷兰乌得勒支大学的鲁德·詹森和美国国家生物技术信息中心的尤金·科宁。 当Mojica和Jansen开始通信时，他们开始为这些模式取一些吸引人的名字。2001年11月21日，他们选定了CRISPR，这是Clustered Regularly Interspaced Short Palinromic Repeats的缩写。
2003年，莫吉卡终于找到了解开间隔棒起源的钥匙，以及让他困惑了这么久的谜题的含义。 学习期间 大肠杆菌 他意识到间隔物是病毒的DNA片段，保留在宿主物种的基因组中，并且携带间隔物的一些微生物菌株要么已知对感染有抵抗力，要么没有被感染的记录。
其中一个基因产生的蛋白质可以剪断几乎任何DNA序列。
他想知道，如果重复、间隔和相关基因与生殖或多年来提出的任何其他假设无关，该怎么办？ 相反，如果重复序列是一种适应性免疫系统，宿主通过其DNA识别攻击者，该怎么办？ 在微生物中从未见过，甚至没有发现过这样的东西。 莫吉卡被征服了，发现自己眼里含着泪水。 他在论文中写下这些奇怪的重复已经有10年了。 如果他的理论是正确的，那么答案似乎比他想象的还要奇怪和深刻。
2005年，Mojica和他的团队在 分子进化杂志 根据这一假设，第二年，Koonin和他在NCBI的同事更详细地阐述了这种系统的工作原理。2007年，丹麦食品和酶公司Danisco的研究人员证实，CRISPR确实代表了一种微生物免疫系统。 在接下来的几年里，世界各地的研究小组描述了细菌和古细菌是如何收集病毒DNA的，以及入侵病毒随后的破坏是如何进行的。
很快，又出现了一个重大突破。 与CRISPR相关的最有趣的见解之一是 Cas9型 是细菌中与重复序列相关的基因之一，它可以制造一种蛋白质，几乎可以剪断任何DNA序列。 2012年，尤米亚大学的艾曼纽尔·夏彭蒂尔和加州大学伯克利分校的詹妮弗·杜德纳领导了一个团队，展示了如何 Cas9型 可以用来切割基因并将其粘贴到活细胞的DNA中。 突然，一个难以想象的基因编辑时代诞生了。
CRISPR-Cas9基因工程是21世纪最令人兴奋和最具争议的技术之一。 几乎每天都有关于其潜在效用的新故事。 这是一种破坏传播疾病的蚊子种群的新方法的背后，研究人员正在研究是否可以为人类胚胎提供突变基因的功能拷贝，以便在出生前治愈致残或致命的遗传病。 甚至有人猜测，早期开发这项技术的一些开创性工作，包括查彭蒂尔和杜德纳的工作，将获得诺贝尔奖。
对他来说，莫吉卡（Mojica）的好奇心让事情开始了，他仍然在阿利坎特大学（University of Alicante）当老师，拿着薪水。 只有当他设法获得一些补助金时，他才能继续做他喜欢的研究。 他说：“如果我得不到拨款，什么也不会发生。”。 “我可以做生物信息学”——处理已经存在的数据——“或者我可以回家种西红柿。”
当你的研究在未来的10年或20年中究竟有什么用处是一个悬而未决的问题时，很难说服资助者对此感兴趣。 Mojica理解尝试预测实际应用的吸引力。 但他的经验告诉他，这可能有点离题。“基础科学就像一棵树，你可以从同一棵树上得到苹果、梨、菠萝等多种不同的水果，”他说。 “这就是一个例子。你做了一些实验，做了一些基础研究，最终，你认识到了这些重复的功能。”这一认识——微生物有免疫系统的发现——就理解生物学而言，这本身就是一项非凡的成就。 “之后，许多不同的应用程序都是从这一发现中衍生出来的。”
他感到自豪的是，他那奇怪的小重复终究是有意义的，它们为这种变革性技术提供了内核。 他自己没有使用基因编辑技术。 但他对那些做这件事的人的工作印象深刻，激动不已。“他们正在做，”他说，“很棒的事情。”
维罗妮克·格林伍德是一位科学作家和散文家。 她的作品曾出现在《纽约时报》杂志、《史密森尼》、《发现》、《永旺》等多家杂志上。
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本文最初发表于 科学慈善联盟 2017年3月。
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